铝基复合材料的发展现状与研究VIP免费

铝基复合材料的发展现状与研究摘要：随着现代生产技术的发展，对材料的性能要求越来越高，目前，铝基复合材料由于其优良的性能已经成为现时研究的热点。阐述了铝基复合材料的基本性能及应用情况，总结了近几年关于铝基复合材料的主要研究成果与发展趋势。关键词：铝基复合材料,材料性能,研究成果,趋势DevelopmentandprogressofaluminiummatrixcompositesTangnong-jAbstract:Withthedevelopmentofmodernmanufacturingtechnology,Thematerialperformancerequirementsmoreandmorehigh,Thedevelopmentofaluminummatrixcompositematerialswasreviewedwiththeirproperties.Espectivelyinaccordancewiththeclassestowhichtheybelong.Thefundamentalpropertyandapplicationfieldofaluminummatrixcompositewerebrieflyintroduced.Themainresearchachievementsanddevelopmentweresummarizedinrecentyears.Meanwhile,theoutlookofitsdevelopmentwasputforward.Keywords:aluminiummatrixcomposites,materialproperties,researchfindings,trend复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。复合材料包括三类：聚合物基复合材料(PMC)、金属基复合材料(MMC)和陶瓷基复合材料(CMC)[1]。在金属基复合材料中，铝基复合材料具有比基体更高的比强度，比模量和低的热膨胀系数，尤其是弥散增强的铝基复合材料不仅具有各向同性特征，铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体，以金属或非金属颗粒、晶须或纤维为增强相的非均质混合物。在金属基复合材料中占主导地位。而且具有可加工和价格低廉等优点。1铝基复合材料的基本性能铝基复合材料的结构主要由基体、增强材料、中间相和界面组成，其性能取决于基体合金和增强物的特性、含量和分布等。与基体合金相比,铝基复合材料具有许多优良的性能[2]。1.1强度、模量与塑性增强体的加入在提高铝基复合材料强度和模量的同时，降低了塑性。大量研究表明，SiC增强的铝基复合材料较相应的铝-硅合金具有较高的强度，并随着SiC体积分数的增大，其强度和模量均有较大程度的提高，而塑性却降低，且在SiCP/Al复合材料中加入更为细小的弥散质点Al4C3和Al2O3可以明显提高复合材料的强度[3]。另外增强相的加入又赋予材料一些特殊性能[4]，这样不同金属与合金基体及不同增强体的优化组合，就使金属基复合材料具有各种特殊性能和优异的综合性能。表1是不同的铝基复合材料的力学性能。表1不同铝基复合材料的力学性能Tab.1Themechanicalpropertiesofaluminummatrixcomposite增强相/基体增强相含量（vol%）拉伸强度/Mpa弹性模量/GPa伸长率（%）Al2O3/Al-1.5Mg20226955.9SiC/Al-4Cu15476922.3SiCp/ZL101203751011.64CF/Al26387121.2疲劳与断裂韧性铝基复合材料的疲劳强度和疲劳寿命一般比基体金属高，这与刚度及强度的提高有关，而断裂韧性却下降。影响复合材料疲劳性能和断裂的主要因素有增强物与基体的界面结合状态、基体与增强物本身的特性和增强物在基体中的分布等界面结合状态良好，可以有效地传递载荷，并阻止裂纹扩展，提高材料的断裂韧性[4]。目前对复合材料疲劳断裂过程的研究分为疲劳裂纹的萌生和扩展两个方面现有的研究工作在实验的基础上得出疲劳裂纹萌生于SiC附近。SiC与铝合金界面或SiC晶须端部附近的基体中，也观察到基体中大块夹杂物破碎导致裂纹萌生再者，由于使用的绝大部分颗粒是在加工过程中从大的颗粒上碎裂下来的，碎裂的颗粒存在于复合材料中，从而提供了裂纹萌生的位置。裂纹的扩展取决于裂纹尖端的微结构和宏观上最大应变方向[5]。1.3热性能增强体和基体之间的热膨胀失配在任何复合材料中都难以避免，为了有效降低复合材料的热膨胀系数，使其与半导体材料或陶瓷基片保持热匹配，常选用低膨胀的Al-Si合金作为基体和采用不同粒径的颗粒制备高体积分数的复合材料。张强等人[5]选用粒径为20和60μm的α-SiC颗粒，基体用LD11铝硅共晶合金，采用挤压铸造的方法实现了70%的体积分数。结果表明，SiCP/Al复合材料的导热率达到151W/m·℃，高于基体的导热率(基体的导热率为140W/m·)℃，并且他们在等比表...